李利剛

(攀枝花鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

攀鋼釩轉(zhuǎn)爐冶煉低硫鋼增硫因素分析及控制*

李利剛

(攀枝花鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

通過(guò)對(duì)攀鋼釩120 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉低硫鋼種(w(S)≤0.005%)時(shí)的回硫有關(guān)因素進(jìn)行分析，原材料質(zhì)量、脫硫后殘余渣量及轉(zhuǎn)爐渣性質(zhì)是造成增硫的主要因素。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，提出了穩(wěn)定脫硫能力、二次稠渣除渣、提高半鋼質(zhì)量，減少增碳劑用量、使用優(yōu)質(zhì)石英砂替代高硫造渣材料及優(yōu)化轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制等具體措施，攀鋼釩現(xiàn)具備小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)w(S)≤0.005%能力。

轉(zhuǎn)爐 低硫鋼 增硫

0 前言

硫是鋼中的有害元素之一，是表面活性元素，常以MnS的形式在鋼材晶界上或異相界面上偏析聚集。硫?qū)︿摬淖畲蟮奈：κ且痄摰臒岽?。碳鋼的S≤60 ×10－6，熱加工時(shí)可避免產(chǎn)生熱裂紋現(xiàn)象;鐵素體不銹鋼，控制S≤20 ×10－6，可保證鋼材良好的熱加工性能。此外，硫降低鋼材的韌性，惡化鋼的Z向性能，并對(duì)氫致裂紋有較大影響。因此，要求管線(xiàn)鋼具有較高的抗氫致裂紋(HIC)和抗硫應(yīng)力裂紋(SSCC)的能力，要求控制鋼中 S≤10 ×10－6［1］。

攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩公司提釩煉鋼廠(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)攀鋼釩)現(xiàn)有鐵水預(yù)處理、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、爐外精煉、方、板坯連鑄等裝備，其中方坯低硫鋼種主要有高速重軌、高壓氣瓶鋼、軸承鋼、簾線(xiàn)鋼、管坯鋼等鋼種;板坯低硫鋼種主要為電工鋼、超低碳鋼、耐大氣腐蝕鋼等。由于預(yù)脫氧鋼和簾線(xiàn)鋼造酸性精煉渣的影響，鋼水在精煉脫硫能力不足，脫硫任務(wù)集中在預(yù)處理工序和煉鋼工序，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)要求 w(S)≤0.005%，所以控制轉(zhuǎn)爐增硫成為冶煉品種鋼的關(guān)鍵。攀鋼釩在生產(chǎn)低硫鋼時(shí)存在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程增硫量大、終點(diǎn)硫含量高、成品硫超標(biāo)等問(wèn)題，限制了低硫鋼種的開(kāi)發(fā)。

筆者在生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)爐料中硫的物料平衡計(jì)算、相關(guān)因素對(duì)硫在渣鋼間分配比影響的研究，分析了轉(zhuǎn)爐在冶煉低硫鋼種過(guò)程中回硫的相關(guān)因素，為加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐硫控制及低硫鋼水的冶煉提供參考。

1 轉(zhuǎn)爐回硫因素分析

轉(zhuǎn)爐回硫主要是由于加入的造渣材料、脫硫殘?jiān)蛷U鋼中含有較高的硫，在轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)，其中部分硫回到鋼水中，造成轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)硫超標(biāo)。從生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際鋼水成分看，轉(zhuǎn)爐冶煉低硫鋼時(shí)終點(diǎn)鋼水中的硫含量波動(dòng)范圍較大(w(S)=0.003%～0.012%)，平均為0.0089%。是影響攀鋼大批量生產(chǎn)冶煉低硫鋼的主要因素。分析其原因有以下幾點(diǎn):

1)脫硫后半鋼的硫含量;

2)煉鋼造渣材料的硫含量;

3)半鋼脫硫后的殘?jiān)?

4)廢鋼中的硫含量;

5)轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程硫的分配比。

上述影響因素中，主要分為兩類(lèi):一類(lèi)是轉(zhuǎn)爐冶煉的入爐材料的影響;另一類(lèi)是轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程造渣脫硫能力的影響。所以必須從兩個(gè)方面加以控制:一是減少入爐材料中帶入的硫量;二是優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝提高渣鋼硫的分配比。

2 入爐材料硫含量的影響

2.1 半鋼硫含量對(duì)轉(zhuǎn)爐的影響

攀鋼釩鐵水中含有釩、鈦元素，經(jīng)提釩后的鐵水稱(chēng)為“半鋼”。攀鋼釩現(xiàn)有脫硫裝置5座，脫硫處理能力600萬(wàn)t。在冶煉低硫鋼時(shí)采用先提釩后脫硫工藝，通常采用美國(guó)ESM公司的脫硫裝置生產(chǎn)。脫硫后的半鋼w(S)波動(dòng)在0.0011%～0.004%之間，平均為0.00255%。半鋼平均裝入量為138 t，帶入硫量為3.52 kg。脫硫后半鋼成份見(jiàn)表1。

表1 脫硫半鋼各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2.2 入爐原材料對(duì)轉(zhuǎn)爐增硫的影響

攀鋼釩復(fù)吹轉(zhuǎn)爐采用半鋼冶煉，具有獨(dú)特的冶煉工藝，主要造渣材料為活性石灰、高鎂石灰、復(fù)合渣、污泥球、石英砂、無(wú)煙煤增碳劑。其中增碳劑、污泥球含硫量高。根據(jù)入煉鋼轉(zhuǎn)爐原材料取樣硫含量的化驗(yàn)結(jié)果以及物料平衡的計(jì)算，可以得出入爐原材料所帶入的硫量為5.786 kg，其中主要為無(wú)煙煤增碳劑，所占的比例63.72%。其主要成份見(jiàn)表2，加入量及帶入硫量見(jiàn)表3。

表2 爐材料質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

表3 入爐材料加入量及帶入硫含量

圖1 轉(zhuǎn)爐加入原材料帶入硫量比例

由表2、表3及圖1可以看出，由于增碳劑、活性石灰和污泥球含硫量高，是引起轉(zhuǎn)爐增硫的主要因素，分別占 63.72%、9.83%、9.51%。

2.3 殘余脫硫渣量對(duì)轉(zhuǎn)爐增硫的影響

攀鋼釩在冶煉低硫鋼時(shí)，為了減少在提釩過(guò)程中渣料回硫量，所以選取先提釩后脫硫工藝。脫硫采用噴吹鈍化鎂和石灰脫硫，脫硫劑量平均為9.42 kg/t鐵，脫硫渣量約10 kg/t鐵。脫硫渣中硫含量波動(dòng)在3.5%～4.0%，平均為3.8%。每100 kg殘余脫硫渣增硫約0.0016%，如圖2所示。

2.4 廢鋼對(duì)轉(zhuǎn)爐增硫的影響

圖2 殘余脫硫渣比例對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫的影響

攀鋼釩采用半鋼煉鋼，由于半鋼碳含量低、溫度低，熱源不足，所以轉(zhuǎn)爐廢鋼加入量為35～45 kg/t鋼，平均約40 kg/t鋼。而對(duì)于低硫鋼，廢鋼硫含量對(duì)轉(zhuǎn)爐影響較小，當(dāng)廢鋼硫含量達(dá)到0.060%時(shí)，增硫量為0.0013%，不同硫含量廢鋼增硫量如圖3所示。

圖3 廢鋼硫含量對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫的影響

3 生產(chǎn)實(shí)際分析及控制措施

3.1 脫硫能力

從4爐生產(chǎn)實(shí)際結(jié)果來(lái)看，脫硫后半鋼硫含量波動(dòng)在 0.011%～0.004%，平均為 0.00255%，滿(mǎn)足煉鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)低硫鋼需求，見(jiàn)表4。

表4 轉(zhuǎn)爐冶煉硫變化表

3.2 殘余脫硫渣量

從入爐半鋼及轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量分析，增硫量波動(dòng)在 0.0035% ～0.0089% 之間，平均達(dá)到0.0064%。脫硫渣、半鋼硫、渣料帶入硫量分別為12.23 kg、3.527 kg、5.79 kg，分別占 56.77%、16.34%、26.89%。其中殘余脫硫渣量波動(dòng)在145 kg～502 kg，平均達(dá)到 322 kg，占脫硫渣量的23.31%，是主要影響因素，見(jiàn)表5，如圖4所示。

表5 硫平衡計(jì)算表

圖4 轉(zhuǎn)爐增硫量及比率圖

控制措施:一是改進(jìn)稠渣劑配方，提高稠渣效果;二是改進(jìn)脫硫扒渣工藝，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，采取二次稠渣以及二次扒渣工藝。最終將殘余脫硫渣帶入硫量控制10%以?xún)?nèi)，硫帶入量控制在在5.5 kg以?xún)?nèi)，則增硫量控制在0.0022%以?xún)?nèi)。

3.3 LS的影響

從攀鋼釩生產(chǎn)實(shí)際來(lái)看，轉(zhuǎn)爐渣量約為裝入量的9.8%，硫在渣鋼間的分配比在 4.57～7.57之間，平均為5.99。爐渣中硫含量比例與Ls的關(guān)系如圖5所示。

圖5 不同Ls對(duì)應(yīng)爐渣中硫量比率圖

通過(guò)穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐冶煉控制，前期化好渣，中期防止?fàn)t渣返干，后期將爐渣化透，提高渣鋼硫分配比，降低鋼水殘余硫含量。

綜上所述，一是通過(guò)穩(wěn)定脫硫工藝，將脫硫終點(diǎn)控制在0.00255%以?xún)?nèi);二是通過(guò)減少高硫原材料(增碳劑、污泥球)，增加石英砂措施，將原材料增硫量控制在0.0004%以?xún)?nèi);三是改進(jìn)稠渣劑配方及二次稠渣、扒渣工藝。將增硫量控制在0.0022%以?xún)?nèi)。四是穩(wěn)定冶煉過(guò)程，化好渣提高硫分配比，將Ls穩(wěn)定在5以上。

通過(guò)以上分析及措施，可以使攀鋼釩在生產(chǎn)低硫鋼時(shí)增硫量得到有效控制，低硫鋼轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫可達(dá)到0.005%以?xún)?nèi)。

4 冶煉過(guò)程工藝控制措施

轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程增硫是渣鋼之間的反應(yīng)，熔渣金屬間的脫硫反應(yīng)及硫分配比表示如下:

式中:Ls——硫在渣鋼中的分配比;

KS——脫硫反應(yīng)常數(shù);

xO2－——渣中 O2－摩爾分?jǐn)?shù);

γO2－、γS2－——分別為渣中 O2－和 S2－的活度系數(shù);

fS——鐵液中硫的活度系數(shù)。

硫的分配比Ls可以反應(yīng)爐渣的脫硫能力，由上式可以看出分配比Ls主要與轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)溫度、爐渣堿度以及爐渣中的FeO含量有關(guān)。

4.1 爐溫對(duì)Ls的影響

脫硫過(guò)程能否有效進(jìn)行，和爐溫有關(guān)，通常爐溫高，爐渣過(guò)熱度也高。所以爐渣的熔化溫度是爐渣脫硫的一個(gè)重要影響因素。因而實(shí)際生產(chǎn)中不能單純追求熔化溫度低，還要考慮爐渣的其它性質(zhì)來(lái)選擇最適宜的成分。因?yàn)闋t渣熔點(diǎn)的變化，意味著它的成分變化，而成分變化就會(huì)引起爐渣堿度和其它性質(zhì)的變化，從而影響到整個(gè)脫硫過(guò)程［2］。硫在渣鋼間的分配比與爐溫的關(guān)系如圖6所示。

圖6 Ls與轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度的關(guān)系

由圖6可看出，隨著轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度的提高，硫在渣鋼之間的分配比是逐漸增加的，所以提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度有利于轉(zhuǎn)爐脫硫。攀鋼釩低硫鋼的生產(chǎn)工藝要求轉(zhuǎn)爐出鋼溫度大于1670℃。

4.2 爐渣性質(zhì)對(duì)Ls的影響

爐渣的成分對(duì)硫分配比的影響主要體現(xiàn)在堿度和氧化性?xún)蓚€(gè)方面。堿度對(duì)硫分配比的影響是由于所有的堿性氧化物都能夠提供脫硫反應(yīng)所需的O2－，其中以CaO帶入的O2－作用最大。氧化性對(duì)硫分配比的影響是由于生成FeO，它對(duì)脫硫有相反的作用，CaO濃度增加，使分配比Ls增加;但FeO濃度增加，則使分配比減小。轉(zhuǎn)爐爐渣堿度和爐渣FeO含量對(duì)硫在鋼渣間分配比的影響如圖7所示［3］。

由圖7可以看出，增加爐渣的堿度有利于提高硫的分配比Ls。在一定范圍內(nèi)提高爐渣中FeO含量有利于提高硫在渣鋼間的分配比，其主要原因是為了熔化石灰的需要，但超過(guò)一定的范圍后是不利于轉(zhuǎn)爐脫硫的。

圖7 爐渣R、FeO與Ls的關(guān)系圖

6 結(jié)論

1)穩(wěn)定脫硫終點(diǎn)硫含量是冶煉低硫鋼的基礎(chǔ)，脫硫殘余渣硫帶入量達(dá)12.23 kg，是轉(zhuǎn)爐增硫的主要因素。通過(guò)改進(jìn)稠渣劑配方和二次稠渣扒渣工藝，可以將脫硫殘余渣控制在10%以?xún)?nèi)。

2)原材料中增碳劑和污泥球是造成轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程增硫的重要因素，通過(guò)采取提高半鋼質(zhì)量，降低增碳劑、污泥球消耗，采用低硫材料—石英砂替代復(fù)合造渣劑措施，可將原材料增硫量控制在0.0004%以?xún)?nèi)。

3)穩(wěn)定冶煉過(guò)程，前期化好渣，中期防止?fàn)t渣返干，后期將爐渣化透，堿度在3.0～4.0之間，渣中w(FeO)控制在20%以下，出鋼溫度1670℃以上，可將Ls控制在5以上。

4)通過(guò)以上措施，攀鋼釩低硫鋼轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量可控制在0.005%以?xún)?nèi)。

［1］潘秀蘭.王艷紅.潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)初探［J］.鞍鋼技術(shù)，2002(6):9－13.

［2］Pillild C F.Variables Affccting the Nitrogen Content of Carhon ainl Low Alloy Acid Elcctric Arc Furnace Steel［J］.Electric Furnace Conference Ptoceedings.ISS 1988，46:107 －110.

［3］吳發(fā)達(dá)，包燕平，劉建華.轉(zhuǎn)爐冶煉低硫鋼回硫的控制.煉鋼，2007，23(3):21－23.

ANALYSIS AND CONTROL OF RESULFURIZATION FACTORS FOR LOW－SULFUR STEEL IN VANADIUM CONVERTER

Li Ligang
(Panzhihua Iron and Steel Group Co.，Ltd)

The quality of raw materials，the amount of residual slag after desulfurization and slag property are the major factors of resulfurization by analyzing resulfurization phenomenon of low －sulfur steel(w(S)≤0.005%)in 120 t re－blowing converter.Some measures such as stabling the capacity of desulfurization ，secondary deslagging，improving the quality of semi－ steel，reducing the amount of carburant，using the high － quality quartz sand instead of slagging materials and optimizing the high － sulfur end point control are also put forward on the basis of production practice.Now it has the capacity of small batch converter end of w(S)≤0.005%.

converter low－sulfur steel resulfurization

*聯(lián)系人:李利剛，高級(jí)工程師，工程碩士，四川.攀枝花(617000)，攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩公司提釩煉鋼廠(chǎng);

2012—7—8